【正文】 強的表面效應，表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨著納米粒子尺寸的減小而大幅度地增加，粒子的表面能及表面張力也隨著增加，從而引起納米粒子性質的變化；同時納米 ZnO 的表面原子所處的晶體場環(huán)境及結合能與內部原子有所不同，存在許多懸空鍵，具有不飽和性質，因而極易與其他原子相結合而趨于穩(wěn)定，所以具有很高的化學活性；另外，由于納米 ZnO 大的比表面積，表面的鍵態(tài)與顆粒內部的不同，表面原子配位不全，這就導致表面活性位置增多，形成凸凹不平的原子臺階，加大了反應接觸面。有一些高分子聚合物的氧化、還原以及在有機合成與分解反應中，采用納米 ZnO 做催化劑，能極人提高反應速率和產品質量。說明 O2空位在光催化反應中起重要作用。另外，在紫外線照射下，納米 ZnO 光催化反應可除去多種有毒氣體，并能與多種有機物(包括細菌內的有機物)發(fā)生氧化反應，從而把大多數(shù)病毒和細菌殺死，因此可被廣泛應用于空氣凈化、廢水處理等領域 【6】 。正是由于納米 ZnO 具有東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 緒論6獨特的表面效應及小尺寸效應，使納米 ZnO 表現(xiàn)出優(yōu)異的力學、光學、電學、熱學以及氣敏等特性。利用這種性能可做溫度計及氣體傳感器。徐甲強【7】 等人對納米 ZnO 氣敏性測試得出，ZnO 的氣體靈敏度隨晶粒減小而增高。由于 ZnO 薄膜的量子尺寸效應，比 GaN 史高的量子效率 。利用納米 ZnO 的壓電敏的晶界效應可制備納米 ZnO 薄膜壓電材料，表向光滑致密，易于制造，價格低，穩(wěn)定可靠，便于調變性能，易平面化、集成化。納米 ZnO還可用作圖像記錄材料、半導體材料及電容器等。 日用化工及生物醫(yī)學領域納米材料陰當穩(wěn)定，當組成相的尺寸減少到一定值，平衡相的關系將被改變，表現(xiàn)出特殊的熱學性質，在粒子超微化后，熔點降低。同時這種陶瓷制品，具有良好的韌性，這是由于納米超微粒子制成的固體材料具有大的界面，界面原子排列相當混亂。因此這種陶瓷硬度高，耐高溫，耐腐蝕，可用于制浴缸、地板磚及桌石等。如添加納米 ZnO 輪胎側面膠的抗折性可由 10 萬次提高到 50 萬次，而且其用量僅為常規(guī) ZnO 用量的 30~50%【9】 。因此可被用于電話、微機、冰箱等的防腐涂層，及建筑墻面、地面和各種衛(wèi)生潔具表面。另外添東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 緒論7加納米 ZnO 的涂料對電磁波、雷達波具有很強的吸收性，且顏色淺，涂層薄，因此用于飛機、導彈、潛艇、艦艇等武器裝備上作軍事隱形材料，可以極大提高它們的戰(zhàn)斗生存能力，在軍事、國防上都具有重大的意義 【10】 。在紫外區(qū)，納米 ZnO 對紫外光的吸收能力遠遠強于普通 ZnO。同時由于納米 ZnO 無毒、無味、不分解且不變質，因此在化妝品中添加納米 ZnO 有很好的護膚、美容作用，既能屏蔽紫外線防曬，又能抗菌除臭；氧化鋅也是皮膚的外用藥物，對皮膚有收斂、消炎、防腐、防皺和保護等功能 【11】 。目前，人們采用了各種各樣方法用來進行 ZnO 納米晶體的合成研究。目前制備納米氧化鋅的方法主要有溶膠凝膠法、直接沉淀法、均勻沉淀法、乳液法和水熱法等。二十世紀七十年代初德國科學家Dislich 報道了通過金屬醇盆水解得到溶膠，經過凝膠化，得到了多組分的凝膠。近幾十年間，溶膠凝膠技術在化學及生物標記的研究和應用方面取得了巨大進展。溶膠一凝膠過程主要包括以下四個步驟:水解、縮聚、干燥和熱分解。通常溶膠顆粒的尺寸取決于溶液的組成，pH 值和反應溫度。應用該方法已經成功的合成了多種金屬氧化物納米結構。與傳統(tǒng)材料制備方法相比較，溶膠－凝膠法具有如下的優(yōu)點：反應溫度低，顆粒間聚集和生長過程易于控制；所得顆粒粒徑小一（3～5nm），純度高，并且粒度分布范圍狹窄；可以調控凝膠的微結構。通過對這些因素的調節(jié)，可以得到一定微觀結構和不同性質的凝膠。但同時也存在一些缺點：所用原料多為有機化合物，成本較高有些對健康有害；處理過程時間較長，產品易產生開裂；若燒結不夠完善，產品中會殘留細孔及輕基或有機物，而后者會使產品呈現(xiàn)黑色。 直接沉淀法直接沉淀法 【14】 就是在可溶性鋅鹽溶液中直接加入一種沉淀劑，生成不溶于水的沉淀物，然后再通過分離、干燥、煅燒制得納米 ZnO 粉體。 均勻沉淀法均勻沉淀法 【14】 與直接沉淀法不同，溶液中的沉淀劑(構晶陽離子或陰離子)是逐步、均勻地產生出來的，避免了沉淀劑局部過濃的現(xiàn)象，所制得的納米 ZnO粒徑小、分布窄、分散性好，效果優(yōu)于直接沉淀法。 微乳液法（反相膠束法）對比前幾種方法，微乳液法 【15】 對所制納米粉體粒徑的控制顯得更容易，因為微乳液中的水核為納米前驅物的生成反應提供了一個尺寸大小可控的“微型反應器”；該微型反應器的界面是一層表面活性劑分子，從根本上控制了顆粒的生長，限制了微粒的團聚。本法是利用兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成均勻的乳液，劑量小的溶劑被包裹在劑量大的溶劑中形成一個微泡，微泡的表面被表面活性劑所包裹。它是由水、油（有機溶劑） 、表面活性劑及其助劑組成的透明、半透明的、各相同性的熱力學穩(wěn)定體系，其中水被表面活性劑及其助劑單層包裹形成“微乳液” ，被稱為反應介質，稱其為“微型反應器” ，通過“微水池”的尺寸來控制粉體的大小，制備納米物質。此法裝置簡東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 緒論9單、操作容易、粒度均勻可控，但成本費用較高，仍有團聚問題，進入工業(yè)化生產目前有一定難度。不同于物理方法，需要較高的操作溫度和先進的設備。更重要的是可以通過調整生長條件(溶劑的種類、溶液的 pH、反應的溫度、時間等)來控制納米顆粒的晶體結構、結晶形態(tài)與晶粒純度。早在二十世紀七十年代 Landise 和他的同事們就已經對水熱合成技術進行了深入的研究，并合成了 ZnO 晶體。在此過程中，ZnO 粉末首先溶解，形成飽和溶液 Zn(OH)42。ZnO 的生長速率大概為 ~。使得所得晶體的缺陷密度要小于 500cm2。水熱法又稱高溫溶液法，包括溫差法、降溫法(或升溫法)及等溫法。水熱法生長的晶體熱應力小、宏觀缺陷少，均勻性和純度較高。（5）生長的晶體熱應力小，均勻性好，宏觀缺陷少。 ZnO 晶體的研究進展及現(xiàn)狀 ZnO 晶體的研究進展早在二十世紀六、七十年代，ZnO 晶體的研究工作就已經開始，但由于當時的 ZnO 晶體的用途主要集中在聲表和壓電領域，限于當時器件和集成電路的技術水平，對 ZnO 晶體的質量要求不是很高，同時 ZnO 單晶生長困難，高質量的 ZnO 晶體需要復雜的設備和相應的生長技術 【17】 。受激發(fā)射來源于電子一空穴等離子體復合。ZnO 薄膜的沉積溫度僅為 500℃左右，遠低于 GaN 的沉積溫度。著名材料科學家 在 Science 雜志撰文,高度稱贊了這項工作。一系列研究工作表明 ZnO 半導體有可能制成性能優(yōu)良的紫外發(fā)光半導體激光器?，F(xiàn)在，人們越來越多的認識到自旋電子器件遠優(yōu)于傳統(tǒng)的電子器件。自旋晶體管比傳統(tǒng)的場效應管速度更快，效率更高。ZnO 稀磁半導體具有多種優(yōu)異的磁光、磁電性能，使其在高密度非易失性存儲器、磁感應器、光隔離器、半導體集成電路、半導體激光器和自旋量子計算機等領域有廣闊的應用前景，并引起人們極大關注。（2）合成了高摻雜的 N 型和 P 型半導體，P 型摻雜的載流子濃度達到11024/m3，并具有良好的紫外發(fā)光性能。（3）合成了結型的半導體二極管和紫外發(fā)光器件。（5）合成了居里溫度超過室溫的 ZnO 基稀磁半導體材料。目前的研究工作已由探索各種薄膜制備工藝，研究受激發(fā)射現(xiàn)象，轉向制備實用化的發(fā)光器件。因此合成高質量、缺陷少、純度高的 ZnO 單晶體成為研究工作的重點內容之一。高質量的 ZnO東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 緒論11單晶體非常難得，價格十分昂貴，僅有很少幾家公司可以提供高質量的 ZnO 單晶，如 Cermet 公司采用高溫高壓熔融法制備的單晶片缺陷少于11010/m3，EaglePicher 公司采用分子束外延的方法在自制的 ZnO 單晶片上生長了 P 型半導體層，載流子濃度達到 11024/m3。 ZnO 晶體國內研究現(xiàn)狀在起初的研究工作中，人們普遍認為 ZnO 的激光受激發(fā)射需要產生在納米尺度空間，在此空間內容易形成電子一空穴等離子體和光反射微腔。天津大學向望華等人發(fā)現(xiàn)在單晶體內同樣存在受激發(fā)射現(xiàn)象，發(fā)射光譜的波長為 380nm，顯示了 ZnO 良好的激光性能。長春光學精密機械與物理研究所、中國科技大學、吉林大學、浙江大學、山東大學、科學院半導體研究所、北京大學、南京大學、北方交通大學、南昌大學、天津大學、武漢大學、上海光學精密機械研究所等均開展了ZnO 半導體的研究工作。目前國內也開始從事 ZnO 單晶制備的研究。另外不同的晶體質量，體現(xiàn)不同的晶體性能，不同的生長方法，會生長出不同質量 ZnO 晶體。但國內對水熱法合成 ZnO 的研究工作還較少，也沒有不同生長條件下合成出的 ZnO 晶體質量和性能的比較。ZnO單晶研究較少，主要是 ZnO 單晶生長困難，大尺寸、高純、位錯少的單晶難以獲得。 本課題研究的目的ZnO 是一種重要的無機材料，在涂料、填料、傳感器以及光電子等領域都有重要用途，特別是納米氧化鋅用途更廣。本文主要研究在水熱條件下加入表面活性東華理工大學畢業(yè)設計（論